Modul 3 Fisika Inti

Modul -3 FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS

Disusun Sebagai Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

Disusun oleh: Dr. Agus Setiawan, M.Si Dr. Dadi Rusdiana, M.Si Dr. Ida Hamidah, M.Si Dra. Ida Kaniawati, M.Si Dra. Setiya Utari, M.Si Selly Feranie, S.Pd, M.Si Endi Suhendi, S.Si, M.Si

Jurusan Pendidikan Fisika Fakultas Pendidikan Matematika dan IPA Universitas Pendidikan Indonesia Juli 2007

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

FISIKA INTI DAN RADIOAKTIVITAS 1. Fisika Inti 1.1 Pendahuluan Sifat utama (kecuali massa) dari atom, molekul dan zat padat semuanya dapat dirunut dari kelakuan elektron atom, bukan pada kelakuan intinya. Akan tetapi inti sendiri tidak bisa dipandang kurang penting dalam skema besar dari benda. Misalnya keberadaan berbagai unsur timbul karena kemampuan inti untuk memiliki muatan listrik multi rangkap, dan informasi tentang kemampuan ini merupakan persoalan sentral dalam fisika. Lebih lanjut lagi, energi yang memberi kekuatan untuk berlangsungnya evolusi semesta yang berkesinambungan semuanya dapat dirunut pada reaksi nuklir dan transformasi nuklir. Dan juga, energi nuklir mempunyai penerapan penting pada pemakaian di bumi. 1.2 Sejarah Fisika Inti Tahun 1896, lahirnya fisika inti dimana Becquerel menemukan radioaktivitas dalam uranium. Rutherford menunjukkan tiga tipe radiasi, yaitu alfa (Inti He), beta (electron) dan gama (foton berenergi tinggi). Tahun 1911, Rutherford, Geiger dan Marsden melakukan eksperimen hamburan dan memperoleh informasi tentang muatan inti serta gaya nuklir yang merupakan gaya jenis baru. Tahun 1919, Rutherford dan coworkers mengamati reaksi inti pertama kali Tahun 1932, Cockcroft dan Walton pertama kali menggunakan pemercepat proton untuk menghasilkan reaksi inti. Tahun 1932, Chadwick menemukan neutron. Tahun 1933, Curies menemukan radioaktif buatan. Tahun 1938, Hahn adan Strassman menemukan fisi nuklir. Tahun 1942, Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol. 1.3 Inti Atom Model atom yang paling sukses selama ini adalah model atom Bohr. Asumsi yang digunakan Bohr dalam model atom hidrogennya adalah: 1. Elektron bergerak mengelilingi inti dibawah pengaruh gaya Coulomb. 2. Hanya orbit elektron tertentu yang stabil (energi elektron tetap). 3. Radisi diemisikan oleh atom ketika elektron berpindah dari keadaan yang energinya lebih tinggi ke keadaan yang energinya lebih rendah.

Gambar 1 Model atom Bohr

Inti atom bermuatan positif yang terdiri atas proton, tetapi apakah hanya ada proton dalam Inti? Berikut dijelaskan penemuan neutron dalam inti. Pada tahun 1930, W Bothe dan Becker menembaki berilium dengan partikel alfa, ternyata ada pancaran radiasi netral yang bisa memukul keluar proton dengan energi 5.7 MeV. Identifikasi pertama kali tentang radiasi netral tersebut

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

2

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

mengarah kepada sinar gama, tetapi energi sinar gama sebesar ~55 MeV. Jadi tidak mungkin sinar gama. Lalu sebenarnya apa radiasi netral itu? Tahun 1932, Chadwick menyatakan bahwa pancaran radiasi netral tersebut sama dengan pancaran partikel netral yang disebut neutron yang massanya hampir sama dengan massa proton. Ditemukanlah partikel penyusun inti lain selain proton, yaitu neutron yang memiliki sifat : meluruh jika diluar inti, τ (waktu hidup) =15,5 menit, mn = 1,0086654 u = 1,6748.10-27 kg, berspin ½ dan bermuatan netral.

Gambar 2 Inti atom yang tersusun atas proton dan neutron

1.4 Sifat Inti Semua inti tersusun atas proton dan neutron (pengecualian inti atom hidrogen). Nomor atom Z menyatakan jumlah proton dalam inti, nomor neutron N menyatakan jumlah neutron dalam inti dan nomor massa A, menyatakan jumlah nukleon dalam inti, A = Z + N. Nukleon adalah nama untuk penyusun inti yaitu proton dan neutron. Notasi yang digunakan adalah A Z X dimana X adalah simbol kimia dari unsur. Contoh: Berapakah jumlah proton dan neutron dalam inti 27 ! 13 Al Jawab: Nomor massa A = 27, nomor atom Z =13 sehingga jumlah proton yang dimiliki Al adalah 13 buah dan neutron 14 (27 – 13). Elektron mempunyai muatan tunggal negatif, -e (e = 1.60217733 x 10-19 C), proton mempunyai muatan tunggal positif, +e, dan neutron tidak bermuatan sehingga membuatnya sulit dideteksi. Akibatnya muatan dari inti adalah Ze. Massa suatu unsur dinyatakan dalam atomic mass units u, 1 u = 1.660559 x 1027 kg (berdasarkan definisi bahwa massa satu C-12 adalah tepat 12 u). Massa juga dapat dinyatakan dalam MeV/c2. Dari ER = m c2 maka 1 u = 931.494 MeV/c2. Example: What is the order of magnitude of the number of protons in your body? Of the number of neutrons? Of the number of electrons? Take your mass approximately equal to 70 kg. Answer: An iron nucleus (in hemoglobin) has a few more neutrons than protons, but in a typical water molecule there are eight neutrons and ten protons. So protons

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

3

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

and neutrons are nearly equally numerous in your body, each contributing 35 kg out of a total body mass of 70 kg.

 1 nucleon   ≈ 10 28 protons N = 35 kg  - 27  1.67x10 kg  Same amount of neutrons and electrons. 1.5 Ukuran, Kerapatan dan Bentuk Inti Eksperimen hamburan Rutherford merupakan bukti pertama bahwa inti mempunyai ukuran yang berhingga. Dalam eksperimen tersebut, partikel alfa yang datang dibelokan oleh inti target sesuai dengan hukum Coulomb, asalkan jarak antar keduanya sekitar 10-14 m. Untuk jarak yang lebih kecil, ramalan hukum Coulomb tidak berlaku karena inti tidak lagi dapat dipandang sebagai muatan titik oleh partikel alfa. Setelah eksperimen yang dilakukan oleh Rutherford, berbagai eksperimen telah dilakukan untuk menentukan dimensi inti dengan hamburan partikel, dan ini merupakan teknik yang paling disukai. Elektron dan neutron cepat ideal untuk maksud tersebut, karena elektron berinteraksi dengan inti hanya melalui gaya listrik sedangkan neutron berinteraksi hanya melalui gaya inti yang khas. Jadi, hamburan elektron memberikan informasi tentang distribusi muatan dalam inti dan hamburan neutron memberikan informasi tentang distribusi materi inti. Dalam setiap kasus didapatkan volume sebuah inti berbanding lurus dengan banyaknya nukleon yang dikandungnya, yaitu nomor massa A. Hal ini mensyaratkan bahwa kerapatan nukleon hampir sama dalam bagian dalam inti. Jika jejari inti R, volumenya adalah 4/3 π R3, sehingga R3 berbanding lurus dengan A. Hubungan ini biasanya dinyatakan dalam bentuk R = R 0 A1 3 dimana Ro = 1.2 x 10-15 m. Contoh: Cari kerapatan inti 126 C ! Jawab Massa atomik 126 C adalah 12,0 u. Dengan mengabaikan massa dan energi ikat enam elektron, kita peroleh kerapatan inti

ρ=

m

4 πR 3 3

=

12,0ux(1,66 x10 −27 kg / u ) = 2,4 x1017 kg / m 3 4 πx(2,7 x10 −15 m )3 3

Kita telah menganggap inti berbentuk bola. Bagaimana bentuk inti ditentukan! Jika distribusi muatan dalam inti tidak simetrik bola, inti akan memiliki caturkutub (kuadrupol) listrik. Momen catur-kutub inti akan berinteraksi dengan elektron orbital sebuah atom dan akibatnya terdapat pergeseran tingkat energi atomik yang akan menimbulkan perpecahan hiperhalus dari garis spektral. Akibatnya kita akan dapatkan penyimpangan dari simetri bola pada inti. Inti seperti itu harus berbentuk bola lonjong atau bola dempak. Untuk

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

4

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

berbagai tujuan biasanya inti dianggap berbentuk bola: namun penyimpangan dari bentuk bola walaupun sangat kecil merupakan informasi yang sangat berharga untuk struktur inti. 1.6 Energi Ikat Energi total dari sistem terikat (inti) adalah lebih kecil dari energi kombinasi penyusun nucleon. Sebagai contoh pada inti deuterium (deuteron) 21 H, , massanya 2,014102 u, sedangkan penyusunnya adalah sebuah proton dan sebuah neutron. Massa total penyusun adalam massa sebuah proton plus massa sebuah neutron yaitu 1,007825 u + 1,008665 u = 2,016490 u, harga ini 0,002388 u lebih besar dari masa inti deuterium. Perbedaan massa ini berhubungan dengan ikatan antara proton dengan neutron untuk membentuk deuteron. Massa 0,002388 u sama dengan 0,002388 u x 931 MeV/u = 2,22 MeV. Perbedaan energi ini dinamakan energi ikat inti. Dapat juga dinyatakan sebagai sejumlah energi yang diperlukan untuk memecah inti menjadi proton dan neutron. Sebaliknya, jika deutron terbentuk dari proton dan neutron bebas, maka energi sebesar 2,22 MeV dilepaskan.

Gambar 3 Energi ikat per nukleon

1.7 Kestabilan Inti Terdapat gaya tolak elektrostatis yang sangat besar antar sesama proton dalam inti. Gaya ini dapat menyebabkan inti hancur. Akan tetapi faktanya ada inti yang stabil, apa yang bisa menyebabkan inti stabil! Inti tetap stabil karena adanya gaya yang lain, gaya berjangjauan pendek, dinamakan gaya inti (atau kuat). Gaya ini merupakan gaya tarik yang bekerja pada semua partikel inti. Gaya tarik inti lebih kuat dari pada gaya tolak Coulomb pada jarak dekat dalam inti. Fakta yang lain, tidak setiap gabungan neutron dan proton membentuk inti yang mantap atau stabil. Pada umumnya, inti ringan (A Z, karena semakin besar jumlah proton, gaya tolak Coulomb semakin besar akibatnya diperlukan lebih banyak nukleon (neutron) agar inti tetap stabil. Gaya nuklir memiliki jangkauan terbatas, dan sebagai hasilnya interaksi nukleon kuat hanya terjadi antara tetangga terdekatnya. Efek ini dikenal sebagai kejenuhan gaya nuklir. Karena tolakan Coulomb dari proton menjangkau keseluruh bagian inti, maka terdapat batas kemampuan neutron untuk mencegah terpecahnya inti besar. Batas ini dinyatakan dalam isotop bismut yang merupakan nuklida mantap paling berat. Tidak ada inti stabil ketika Z > 83, inti akan bertransformasi menjadi inti yang lebih ringan melalui emisi sebuah atau lebih partikel alfa. 1.8 Isotop Inti dari berbagai atom dapat memiliki jumlah proton yang sama, meskipun memiliki jumlah neutron yang bervariasi. Isotop adalah sebuah unsur yang memiliki Z sama tetapi nilai N dan A berbeda. Contohnya adalah 116C 126C 136C dan 146C . 2. Radioktivitas 2.1 Pendahuluan Walaupun gaya yang mengikat nukleon cukup kuat, inti atom bukannya tidak berubah. Banyak inti tak mantap dan berubah komposisinya melalui peluruhan radioaktif. Lagipula semua inti dapat ditransformasi melalui reaksi dengan nukleon atau inti lain yang bertumbukan dengannya. Aspek utama dari radioaktivitas dan reaksi nuklir akan diriview pada bagian berikut. 2.2 Sejarah Radioaktivitas 1896: Becquerel secara tak sengaja mengemisikan radiasi pada plat fotoe.

menemukan

kristal

uranil

1898: Marie and Pierre Curie menemukan polonium (Z=84) dan radium (Z = 88), Dua unsur baru radioaktif 1903: Becquerel and the Curie’s menerima Nobel prize fisika dalam hal mempelajari radioaktivitas. 1911: Marie Curie menerima Nobel prize (kedua) kimia untuk penemuan polonium dan radium. 1938: Hahn (1944 Nobel prize) and Strassmann menemukan fissi inti Lisa Meitner memerankan peranan penting 1938: Enrico Fermi menerima Nobel prize fisika dalam hal memproduksi unsur radioaktif baru melalui irradiation neutron, dan bekerja dengan reaksi inti

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

6

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

2.3 Radioaktivitas; Mengapa! Radioaktivitas adalah emisi radiasi secara spontan. Eksperimen menunjukkan bahwa radioaktivitas merupakan hasil peluruhan atau desintegrasi inti yang tidak stabil. Tiga jenis radiasi yang dapat diemisikan, yaitu partikel alfa, partikel beta dan sinar gama. Partikel alfa merupakan inti 4He. Partikel beta dapat berupa elektron atau positron. Sebuah positron adalah antipartikel dari elektron, massanya sama seperti elektron kecuai muatannya +e. Sinar gama merupakan foton berenergi tinggi. Kemampuan daya tembus partikel-partikel tersebut berbeda beda. Partikel α tidak dapat melalui kertas, sedangkan beta dan gama mampu. Partikel β tidak dapat melalui aluminium, sedangkan gama mampu dan tidak dapat melalui timah. Radiasi akan mengionisasi atom dalam sel hidup, akibatnya akan dapat merusak sel dan menyebabkan kanker atau leukaemia. Diluar tubuh, β dan γ lebih berbahaya karena dapat menembus kulit dan masuk ke organ tubuh. Sedangkan di dalam tubuh, radiasi α lebih berbahaya karena tidak punya cukup energi untuk keluar dari tubuh dan memiliki daya ionisasi paling besar untuk merusak sel. Partikel β dan γ kurang berbahaya dibanding α karena memiliki energi yang cukup untuk keluar dari tubuh. 2.4 Proses Radiasi 2.4.1 Peluruhan Alfa Karena gaya tarik antar nukleon berjangkauan pendek, energi ikat total dalam inti hampir berbanding lurus pada nomor massa, banyaknya nukleon yang dikandungnya. Gaya listrik tolak-menolak antara proton memiliki jangkauan tak terbatas, dan energi total yang dapat menghancurkan inti ini berbanding lurus dengan Z2. Inti yang mengandung 210 nukleon atau lebih demikian besarnya sehingga gaya inti berjangkauan pendek yang mengikatnya hampir tidak dapat mengimbangi gaya tolak-menolak protonnya. Peluruhan alfa dapat terjadi pada inti seperti itu sebagai suatu cara untuk memperkuat kestabilannya dengan mereduksi ukuran intinya. Reaksi peluruhan alfa dijelaskan sebagai berikut. A Z

X→

A− 4 Z −2

D +

4 2

He

Q =  M ( ZA X ) − M ( ZA−−42 D ) − M ( 42 He )  c 2 Inti induk meluruh menjadi inti anak plus sebuah partikel alfa. 2.4.2 Peluruhan Beta Seperti peluruhan alfa, peluruhan beta merupakan suatu cara untuk inti agar dapat merubah komposisinya supaya mencapai kestabilan yang lebih besar. Pada peluruhan β- (emissi e– ), Inti Induk meluruh menjadi inti anak plus elektron dan anti-neutrino. Anti-neutrino adalah partikel ke 3 yang menjelaskan range energi kinetik elektron. Jika atom (Z) memiliki massa lebih besar dari pada atom tetangganya (Z+1), maka peluruhan β- mungkin terjadi. Neutron bebas dapat meluruh menjadi sebuah proton dengan waktu paruh t1/2 = 10.8 menit dan Q = 939.57 – (938.28 + 0.511) = 0.78 MeV. Reaksi peluruhan β- dijelaskan sebagai berikut. Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

7

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

A Z

X →

A Z +1

D + e− + v

Q ( MeV ) =  Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A+1 D )  c 2 *electron mass included in daughter nucleus

Pada peluruhan β- (emisi positron), inti Induk meluruh menjadi inti anak plus positron dan neutrino. Proton bebas tidak dapat meluruh menjadi sebuah neutron melalui emisi positron tidak seperti neutron bebas yang dapat meluruh menjadi sebuah proton. Proton terikat dalam inti kadang-kadang dapat mengemisikan sebuah positron karena efek energi ikat inti. Reaksi peluruhan β+ dijelaskan sebagai berikut. A Z

X →

A Z −1

D + e+ + v

Q ( MeV ) =  Mass ( ZA X ) − Mass ( Z −A1 D ) − 2me  c 2 *explicitly add electron/positron masses

2.4.3 Penangkapan Elektron Inti induk menangkap elektron dari orbitalnya sendiri dan mengubah sebuah proton inti menjadi sebuah neutron. Jika atom (Z) memiliki massa yang lebih besar dari tetangganya, maka penangkapan elektron memungkinkan terjadi. Jika perbedaan massa antara atom (Z) dan tetangganya (Z–1) lebih besar dari 2me, maka peluruhan positron juga mungkin terjadi. Reaksi penangkapan elektron dijelaskan sebagai berikut. A Z

X + e− →

A Z −1

D+v

Q ( MeV ) =  Mass ( ZA X ) − Mass ( Z A−1 D )  c 2 *added electrons on both sides cancel

2.4.4 Peluruhan Gama Sebuah inti dapat berada dalam keadaan ikat yang energinya lebih tinggi dari keadaan dasar, mirip separti pada atom. Inti tereksitasi kembali ke keadaan dasar dengan memancarkan foton yang energinya bersesuaian dengan perbedaan energi antara berbagai keadaan awal dan keadaan akhir dalam transisi yang bersangkutan.

Foton yang dipancarkan oleh inti daerah energinya berbeda-beda hingga mencapai beberapa MeV dan secara tradisional disebut sinar gama. Emisi sinar gama biasanya mengikuti peluruhan beta atau alfa (lihat gambar 5). Waktu hidup rata-ratanya sangat singkat yaitu sekitar 10–10 s. Gambar 5 Pemancaran beta dan gama yang berturutan

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

8

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

2.5 Radioaktif Alam Tiga deret inti radioaktif terjadi secara alami. Dimuali dengan isotop radioaktif (U, Th) dan berakhir pada isotop Pb. Deret keempat dimualai dengan sebuah unsur yang tidak ditemukan di alam (237Np). Isotop radioaktif lain yang meluruh secara alami 14C, 40K Tabel 1 Radioaktif alam

Contoh deret peluruhan 232Th: Deret dimulai dari 232Th. Prosesnya melalui peluruhan alfa dan beta. Berakhir pada isotop stabil 208Pb.

Gambar 6 232 Peluruhan Th

2.6 Kurva Peluruhan Kurva peluruhan memenuhi persamaan

N = N 0 e− λt Waktu paruh juga merupakan parameter yang penting. Waktu paruh definisikan sebagai waktu yang dibutuhkan inti sehingga jumlahnya menjadi separuhnya T1 2 =

ln 2 0.693 = λ λ

Gambar 7 Kurva peluruhan Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

9

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

2.7 Reaksi Inti Struktur inti dapat berubah oleh penembakan dengan partikel yang energetik. Perubahannya dinamakan reaksi inti. Sama seperti paluruhan inti, nomor atom dan nomor massa harus sama di kedua ruas persamaan. Example: Which of the following are possible reactions?

Answer (a) and (b). Reactions (a) and (b) both conserve total charge and total mass number as required. Reaction (c) violates conservation of mass number with the sum of the mass numbers being 240 before reaction and being only 223 after reaction. Energi juga harus kekal dalam reaksi inti. Energi yang dibutuhkan untuk menyeimbangkan sebuah reaksi inti dinamakan nilai Q dari reaksi. Pada reaksi exothermic, terjadi pengurangan massa dalam reaksi, terjadi pelepasan energi dan nilai Q positif. Sedangkan pada reaksi endothermic, terjadi peningkatan massa dalam reaksi, energi dibutuhkan, dalam bentuk energi kinetik partikel penumbuk dan nilai Q negatif. Agar momentum dan energi kekal, patikel penumbuk harus memiliki energi kinetik minimum, dinamakan aanergi ambang m  KEmin = 1 +  Q  M

m : massa partikel penumbuk M : Massa partikel target Jika energi partikel penumbuk kurang dari ini, reaksi tidak dapat terjadi. 2.8 Fisi Inti Jenis lain dari gejala reaksi nuklir yang dapat dianalisis dengan model tetesan cairan adalah fisi inti. Dalam gejala ini, sebuah inti berat (A>200)membelah menjadi dua buah inti yang lebih ringan. Jika tetesan cairan cukup tereksitasi, tetesan tersebut dapat berosilasi dengan berbagai cara, tetesan tersebut berturut-turut menjadi bola lonjong, bulat, dempak, bulat, lonjong lagi dan seterusnya. Gaya pemulih dari tegangan permukaan selalu mengembalikannya menjadi bola bulat, namun kelembaman cairan yang bergerak menyebabkan cairan tersebut melampaui kebulatannya dan bergerak ke ekstrim yang berlawanan dari distorsi. Inti bisa dipandang menunjukkan terdapatnya tegangan permukaan, sehingga dapat bervibrasi seperti setetes cairan dalam keadaan tereksitasi, inti juga dipengaruhi gaya pembelah yang ditimbulkan oleh gaya elektrostatik tolak

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

10

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

menolak dari protonnya. Jika sebuah inti terdistorsi dari bentuk bulat, gaya pemulih berjangkauan pendek dari tegangan permukaan harus mengatasi gaya tolak berjangkauan panjang dan juga kelembaman dari materi nuklir. Jika derajat distorsinya kecil, tegangan permukaan cukup memadai untuk melakukan kedua hal tersebut, dan inti bervibrasi bolak-balik sampai akhirnya kehilangan energi eksitasi melalui peluruhan gama.

Gambar 8 Fisi inti

2.9 Fisi Berantai Fisi berantai dapat terjadi dengan menggunakan neutron dari suatu proses fisi untuk menginisiasi proses fisi selanjutnya. Pada tahun 1942 Fermi membuat reaktor fisi inti yang pertama yang dapat dikontrol. Untuk bom nuklir, memerlukan lebih dari satu neutron dari peristiwa fisi pertama yang menyebabkan peristiwa kedua (1 g U dapat melepaskan energi sama dengan sekitar 20000 ton TNT). Untuk pembangkit daya nuklir, memerlukan satu neutron yang menyebabkan peristiwa kedua.

Jika derajat distorsinya cukup besar, tegangan permukaan tidak cukup mengembalikan kelompok proton yang terpisah cukup jauh, dan inti terbelah menjadi dua bagian. Sebuah inti berat mengalami fisi jika inti itu mendapatkan energi eksitasi yang cukup (5 MeV atau lebih), sehingga berosilasi hebat. Beberapa inti, misal 235 cukup U 92 tereksitasi hanya dengan menyerap neutron tambahan, sehingga terbelah menjadi dua.

Gambar 9 Fisi Berantai

2.10 Reaktor Nuklir Sebuah reaktor nuklir adalah sebuah sistem yang didisain untuk terjadinya reaksi berantai yang terkendali. Konstanta reproduksi K, didefinisikan sebagai jumlah rata-rata neutron dari tiap peristiwa fisi yang akan menyebabkan peristiwa fisi lain. Nilai maksimum K dari uranium fisi adalah 2.5. Dalam kenyataan, K lebih kecil dari nilai ini. Reaksi yang terkendali memiliki nilai K=1. Berikut disain sederhana dari reaktor nuklir.

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

11

Modul 3 Fisika Inti dan Radioaktivitas

Elemen bahan bakar terdiri atas uranium. Material moderator (air dan grafit) digunakan untuk memperlambat neutron. Batang kendali digunakan untuk mengabsorpsi neutron. Ketika K = 1, reaktor dikatakan kritis artinya reaksi berantai terkendali. Ketika K < 1, reaktor dikatakan subkritis artinya reaksi berhenti. Dan ketika K > 1, reaktor dikatakan superkritis, terjadi rekasi yang berjalan sendiri

Gambar 10 Disain dasar reaktor

SOAL LATIHAN 1. Apakah yang menyababkan kestabilan inti! 2. Apakah yang menyebabkan kemantapan ukuran inti! 40 3. Hitunglah energi ikat 20 Ca ! 4. Apa penyebab terjadinya peluruhan alfa, beta dan gama! 5. Jelaskan bagaimana fisi inti dapat terjadi 12 6. Hitung energi maksimun elektron yang terpancar dalam peluruhan beta 5 B ! 7. Jelaskan proses yang terjadi dalam sebuah reaktor nuklir!

Materi Pelatihan Guru-Guru SMA/MA Provinsi Nangro Aceh Darussalam

12